JP4843362B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば1つのメモリセルに2値以上のデータを記憶することが可能な半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device capable of storing binary data or more in one memory cell, for example.
例えばNAND型フラッシュメモリは、ロウ方向に配置された複数のメモリセルがそれぞれビット線を介して対応するラッチ回路に接続されている。各ラッチ回路はデータの書き込み、及び読み出し時にデータを保持する。ロウ方向に配置された複数のセルは、一括してデータの書き込み、又は読み出しが行なわれる(例えば、特許文献1参照)。 For example, in a NAND flash memory, a plurality of memory cells arranged in the row direction are each connected to a corresponding latch circuit via a bit line. Each latch circuit holds data when data is written and read. Data is written into or read from a plurality of cells arranged in the row direction at once (see, for example, Patent Document 1).
消去動作は、メモリセルの閾値電圧を負電圧に設定し、書き込み動作により、メモリセルの浮遊ゲート内に電子を注入することにより閾値電圧を正電圧に設定する。しかし、NAND型フラッシュメモリは、メモリセルが直列に接続されているため、読み出し動作時において、選択セルのデータをビット線に読み出すとき、選択セル以外の非選択セルをオン状態とする必要がある。このため、非選択セルの制御ゲートに、メモリセルに設定される最高の閾値電圧より高い電圧(Vread)が印加される。 In the erase operation, the threshold voltage of the memory cell is set to a negative voltage, and the threshold voltage is set to a positive voltage by injecting electrons into the floating gate of the memory cell by the write operation. However, in the NAND flash memory, since memory cells are connected in series, it is necessary to turn on non-selected cells other than the selected cell when reading the data of the selected cell to the bit line during the read operation. . For this reason, a voltage (Vread) higher than the maximum threshold voltage set in the memory cell is applied to the control gate of the non-selected cell.
一方、書き込み動作において、メモリセルに設定される閾値電圧は、読み出し動作を考慮してVreadを超えることができない。このため、書き込みシーケンスでは、ビット毎にプログラム、プログラムベリファイリードを繰り返し行ない、メモリセルの閾値電圧がVreadを超えないように制御する必要がある。 On the other hand, in the write operation, the threshold voltage set in the memory cell cannot exceed Vread in consideration of the read operation. For this reason, in the write sequence, it is necessary to repeatedly perform program and program verify read for each bit, and control so that the threshold voltage of the memory cell does not exceed Vread.
また、大容量を記憶するため、1つのメモリセルに2ビット以上のデータを記憶する多値メモリが開発されている。例えば1つのメモリセルに2ビットを記憶するためには、4つの閾値分布を設定しなくてはならない。このため、多値メモリは、1セルに1ビットを記憶するメモリに比べ、1つ当たりの閾値分布を狭く設定する必要があり、書き込みスピードが遅くなるという問題がある。 In order to store a large capacity, a multi-value memory that stores data of 2 bits or more in one memory cell has been developed. For example, in order to store 2 bits in one memory cell, four threshold distributions must be set. For this reason, the multilevel memory has a problem that the threshold distribution per cell needs to be set narrower than a memory that stores one bit in one cell, and the writing speed becomes slow.
そこで、負電圧側にも閾値電圧を設定し、1つ当りの閾値分布の幅を広げることにより、高速な書き込みを可能とすることが考えられている。この負電圧側に閾値電圧を設定する方法として、リード及びベリファイリード時に、セルのソース及びウェルにバイアス電圧を印加し、これらの電位をワード線の電位より高くすることにより、見かけ上、ワード線に負電圧を印加した場合と同等とすることで、負の閾値電圧を読み出すことが提案されている。この提案の場合、例えば16kから32kの多数のビット線よりバイアス電圧を発生する電源回路に大電流が流れ込まないように、ソース及びウェルと非選択ビット線とを短絡している。リード動作において、先ず、2本のビット線のうち選択ビット線に電位が印加される。このとき、選択ビット線には電荷+Qが蓄えられるが、非選択ビット線にも電荷−Qが蓄えられている。ここで、セルがオンすると、選択ビット線に蓄えられた電荷は、ソースに流れ込むが、ソース及びウェルと非選択ビット線とを短絡しているため、選択ビット線の電荷は、非選択ビット線に流れ込み、非選択ビット線に蓄えられている電荷−Qと中和し消滅する。このため、ソースノイズを抑えることができ、高速な読み出しが可能となる。また、ソース及びウェルと非選択ビット線にバイアス電圧を供給する電源回路に流れ込む電流が少ないため、電源回路が安定動作し、負電圧側の閾値電圧を確実に読み出すことができる。 Therefore, it is considered that high-speed writing can be performed by setting a threshold voltage on the negative voltage side and widening the width of the threshold distribution per one. As a method of setting the threshold voltage on the negative voltage side, a bias voltage is applied to the source and well of the cell at the time of reading and verify reading, and these potentials are made higher than the potential of the word line. It has been proposed to read a negative threshold voltage by making it equivalent to the case where a negative voltage is applied to. In this proposal, for example, the source and well and the non-selected bit line are short-circuited so that a large current does not flow into a power supply circuit that generates a bias voltage from a large number of bit lines from 16 k to 32 k. In the read operation, first, a potential is applied to the selected bit line of the two bit lines. At this time, the charge + Q is stored in the selected bit line, but the charge -Q is also stored in the non-selected bit line. Here, when the cell is turned on, the charge stored in the selected bit line flows into the source, but since the source and well and the non-selected bit line are short-circuited, the charge of the selected bit line is And neutralizes with the charge -Q stored in the non-selected bit line and disappears. For this reason, source noise can be suppressed and high-speed reading can be performed. In addition, since the current flowing into the power supply circuit that supplies the bias voltage to the source and well and the non-selected bit line is small, the power supply circuit operates stably and the threshold voltage on the negative voltage side can be read reliably.
しかし、この場合、非選択ビット線に蓄えられている電荷−Qをソース線に流す必要があるため、ロウ方向に配置された複数のセルの内、半数のセルしか同時に読み出すことができない。ロウ方向に配置された複数のセルの内、半数のセルしか選択できない場合、半数ずつの書き込みとなる。このため、非選択セルはプログラムディスターブを受けることになる。書き込み速度を高速化するためには、ロウ方向に配置された複数のセル全てを同時に書き込むことが望ましい。全ビット線にそれぞれデータ記憶回路を接続することにより、ロウ方向に配置された全てのセルを同時に書き込むことが可能となる。 However, in this case, since it is necessary to flow the charge −Q stored in the non-selected bit line to the source line, only half of the plurality of cells arranged in the row direction can be read simultaneously. When only half of the plurality of cells arranged in the row direction can be selected, half of the cells are written. For this reason, non-selected cells receive program disturb. In order to increase the writing speed, it is desirable to simultaneously write all the plurality of cells arranged in the row direction. By connecting the data storage circuits to all the bit lines, all the cells arranged in the row direction can be written simultaneously.
しかし、データの読み出しは、上述したように、隣接する一方のビット線を用いて他方のビット線の電荷を消滅させる必要があるため、ロウ方向に並んだ複数のセルの内、半数ずつしか読み出しを行うことができず、全セル同時に読み出しを行なうことができない。このデータの読み出しは、通常の読み出しに限らず、書き込みデータをベリファイするためのベリファイ読み出しにおいても同様である。特に、4値、8値、16値のデータを記憶する多値メモリの場合、書き込みデータをベリファイするため、ベリファイ読み出しの回数が増大する。このため、書き込み時間より、書き込みベリファイに要する時間が増大する。このように、データの読み出し時に、ソース線にバイアス電圧を印加する場合、ノイズを抑制して安定且つ高速にロウ方向の全セルを同時に読み出すことができないという問題があった。
本発明は、安定且つ高速にロウ方向の全セルを同時に読み出すことが可能な半導体記憶装置を提供しようとするものである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of simultaneously reading all cells in the row direction stably and at high speed.
本発明の半導体記憶装置の態様は、複数のワード線と、複数のビット線と、複数の前記ワード線及び複数の前記ビット線に接続された複数のメモリセルが配置されたメモリセルアレイと、前記複数のビット線のそれぞれに沿って配置され、前記複数のメモリセルのそれぞれのソースに接続される複数のソース線とを具備し、複数の前記ビット線は、奇数番目のビット線である第1ビット線及び、偶数番目のビット線である第2のビット線を含み、複数の前記ソース線は第1、第2のソース線を含み、前記第1のソース線は前記第1のビット線に沿って配置され、前記第2のソース線は前記第2のビット線に沿って配置され、前記第1のソース線及び前記第1のビット線と前記第2のソース線及び前記第2のビット線は、異なる層に形成されていることを特徴とする。 According to an aspect of the semiconductor memory device of the present invention, a memory cell array in which a plurality of word lines, a plurality of bit lines, a plurality of memory cells connected to the plurality of word lines and the plurality of bit lines are arranged, A plurality of source lines arranged along each of the plurality of bit lines and connected to the respective sources of the plurality of memory cells, wherein the plurality of bit lines are odd-numbered bit lines. A second bit line that is an even-numbered bit line, the plurality of source lines include first and second source lines, and the first source line is connected to the first bit line. And the second source line is arranged along the second bit line, and the first source line, the first bit line, the second source line, and the second bit are arranged along the second bit line. Lines are formed in different layers And wherein the Rukoto.
本発明によれば、安定且つ高速にロウ方向の全セルを同時に読み出すことが可能な半導体記憶装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device capable of simultaneously reading all cells in the row direction stably and at high speed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図2は、第1の実施形態に係る半導体記憶装置、具体的には例えば4値(2ビット)のデータを記憶するNANDフラッシュメモリの構成を示している。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment, specifically, a NAND flash memory that stores, for example, 4-level (2-bit) data.
メモリセルアレイ1は複数のビット線と複数のワード線と共通ソース線を含み、例えばEEPROMセルからなる電気的にデータを書き換え可能なメモリセルがマトリクス状に配置されている。このメモリセルアレイ1には、ビット線を制御するためのビット線制御回路2とワード線制御回路6が接続されている。
The
ビット線制御回路2は、ビット線を介してメモリセルアレイ1中のメモリセルのデータを読み出したり、ビット線を介してメモリセルアレイ1中のメモリセルの状態を検出したり、ビット線を介してメモリセルアレイ1中のメモリセルに書き込み制御電圧を印加してメモリセルに書き込みを行なう。ビット線制御回路2には、カラムデコーダ3、データ入出力バッファ4が接続されている。ビット線制御回路2内のデータ記憶回路はカラムデコーダ3によって選択される。データ記憶回路に読み出されたメモリセルのデータは、データ入出力バッファ4を介してデータ入出力端子5から外部へ出力される。
The bit
また、データ入出力端子5は、例えば外部のホストから供給される各種コマンドCMD、アドレスADD、及び書き込みデータDTを受ける。データ入出力端子5に入力された書き込みデータDTは、データ入出力バッファ4を介して、カラムデコーダ3によって選択されたデータ記憶回路に入力される。
Further, the data input /
ワード線制御回路6は、メモリセルアレイ1に接続されている。このワード線制御回路6は、メモリセルアレイ1中のワード線を選択し、選択されたワード線に読み出し、書き込みあるいは消去に必要な電圧を印加する。
The word
メモリセルアレイ1、ビット線制御回路2、カラムデコーダ3、データ入出力バッファ4、及びワード線制御回路6は、制御信号及び制御電圧発生回路7に接続され、この制御信号及び制御電圧発生回路7によって制御される。制御信号及び制御電圧発生回路7は、制御信号入力端子8に接続され、外部から制御信号入力端子8を介して入力される制御信号ALE(アドレス・ラッチ・イネーブル)、CLE(コマンド・ラッチ・イネーブル)、WE(ライト・イネーブル)、RE(リード・イネーブル)によって制御される。制御信号及び制御電圧発生回路7は、これら制御信号に応じてデータの書き込み時、読み出し時、消去時に必要な制御信号及び制御電圧を発生する。さらに、制御信号及び制御電圧発生回路7は、一定の電圧Vfix(例えば1.6V)を発生する定電圧発生回路7−1を有している。この定電圧発生回路7−1は、負の閾値電圧を読み出し時、後述するセルのウェル、メインソース線、サブソース線及び非選択ブロックの選択ゲートに一定の電圧Vfixを供給する。すなわち、ウェルやソース線等に一定のバイアス電圧を印加してワード線の電位より高くすることにより、見かけ上ワード線に負電圧を印加した状態として、メモリセルに設定された負の閾値電圧を読み出し可能としている。
The
前記ビット線制御回路2、カラムデコーダ3、ワード線制御回路6、制御信号及び制御電圧発生回路7は書き込み回路、及び読み出し回路を構成している。
The bit
図1は、図2に示すメモリセルアレイ1及びビット線制御回路2の構成を示している。メモリセルアレイ1には複数のNANDセルが配置されている。1つのNANDセルは、直列接続された例えば32個のEEPROMからなるメモリセルMCと、選択ゲートS1、S2とにより構成されている。選択ゲートS2はビット線BL0eに接続され、選択ゲートS1はサブソース線SRC0eに接続されている。
FIG. 1 shows the configuration of the
第1の実施形態において、各ビット線BL0e,BL0o,BL1e,BL1o…BLie,BLio…BL8ke,BL8koに沿って、サブソース線SRC0e,SRC0o,SRC1e,SRC1o…SRCie,SRCio…SRC8ke,SRC8koが配置されている。各サブソース線の一端は、ワード線に沿って配置されたメインソース線SRCに接続され、他端は選択ゲートS1を介して各NANDセルのソースに接続されている。これらサブソース線SRC0e,SRC0o,SRC1e,SRC1o…SRCie,SRCio…SRC8ke,SRC8koは、データの読み出し時、対応するビット線の電荷を中和し消滅させる機能を有している。偶数番目のビット線BL0e〜BL8ke及び偶数番目のサブソース線SRC0e〜SRC8keと、奇数番目のビット線BL0o〜BL8ko及び奇数番目のサブソース線SRC0o〜SRC8koは、サブソース線とビット線が、お互いに交互に形成されている。 In the first embodiment, sub-source lines SRC0e, SRC0o, SRC1e, SRC1o ... SRCie, SRCio ... SRC8ke, SRC8ko are arranged along each bit line BL0e, BL0o, BL1e, BL1o ... BLie, BLio ... BL8ke, BL8ko. ing. One end of each sub-source line is connected to the main source line SRC arranged along the word line, and the other end is connected to the source of each NAND cell via the selection gate S1. These sub-source lines SRC0e, SRC0o, SRC1e, SRC1o... SRCie, SRCio... SRC8ke, SRC8ko have a function of neutralizing and extinguishing charges on the corresponding bit lines when reading data. The even-numbered bit lines BL0e to BL8ke and the even-numbered sub-source lines SRC0e to SRC8ke, the odd-numbered bit lines BL0o to BL8ko, and the odd-numbered sub-source lines SRC0 o to SRC8k o have sub-source lines and bit lines, They are formed alternately.
また、各ロウに配置されたメモリセルMCの制御ゲートはワード線WL0〜WL29、WL30、WL31に共通接続されている。選択ゲートS2はセレクト線SGDに共通接続され、選択ゲートS1はセレクト線SGSに共通接続されている。 The control gates of the memory cells MC arranged in each row are commonly connected to the word lines WL0 to WL29, WL30, WL31. The selection gate S2 is commonly connected to the select line SGD, and the selection gate S1 is commonly connected to the select line SGS.
ビット線制御回路2はビット線の数と同数のデータ記憶回路10を有している。各データ記憶回路10は、ビット線BL0e、BL0o、BL1e、BL1o…BLie、BLio…BL8ke、BL8koにそれぞれ接続されている。図1において、データ記憶回路は全てビット線の一端側に配置している。しかし、レイアウトが難しい場合、例えば偶数番目のビット線BLeに接続されるデータ記憶回路はビット線の一端側に配置し、奇数番目のビット線BLoに接続されるデータ記憶回路をビット線の他端側に配置することも可能である。
The bit
メモリセルアレイ1は、破線で示すように、複数のブロックを含んでいる。各ブロックは、複数のNANDセルにより構成され、例えばこのブロック単位でデータが消去される。また、消去動作は、データ記憶回路10に接続されているビット線について同時に行なわれる。
The
また、1つのワード線に接続された複数のメモリセル(破線で囲まれた範囲のメモリセル)は、1セクタを構成する。このセクタ毎にデータが書き込まれ、読み出される。本実施形態の場合1つのワード線に接続された全メモリセルにデータが書き込まれ、読み出される。 Further, a plurality of memory cells connected to one word line (memory cells in a range surrounded by a broken line) constitute one sector. Data is written and read for each sector. In the case of this embodiment, data is written to and read from all memory cells connected to one word line.
リード動作、プログラムベリファイ動作及びプログラム動作時において、データ記憶回路10に接続されているビット線BL0e、BL0o、BL1e、BL1o…BLie、BLio…BL8ke、BL8koがアドレス信号YA0、YA1、YA2、YA3…YAi、YAi+1…YA8k、YA8k+1に応じて選択される。さらに、外部アドレスに応じて、1本のワード線が選択される。 During the read operation, program verify operation, and program operation, the bit lines BL0e, BL0o, BL1e, BL1o... BLie, BLio. , YAi + 1... YA8k, YA8k + 1 are selected. Furthermore, one word line is selected according to the external address.
図3(a)(b)、図4は、メモリセル及び選択トランジスタの断面図を示している。 FIGS. 3A, 3B, and 4 show cross-sectional views of the memory cell and the select transistor.
図3(a)(b)はメモリセル及び選択トランジスタの断面図を示している。図3(a)はメモリセルを示している。基板51(後述するP型ウェル領域55)にはメモリセルのソース、ドレインとしてのn型拡散層42が形成されている。P型ウェル領域55の上にはゲート絶縁膜43を介して浮遊ゲート(FG)44が形成され、この浮遊ゲート44の上には絶縁膜45を介して制御ゲート(CG)46が形成されている。図3(b)は選択ゲートを示している。P型ウェル領域55にはソース、ドレインとしてのn型拡散層47が形成されている。P型ウェル領域55の上にはゲート絶縁膜48を介して制御ゲート49が形成されている。
3A and 3B are cross-sectional views of the memory cell and the select transistor. FIG. 3A shows a memory cell. In the substrate 51 (P-
図4は、第1の実施形態に対応する半導体記憶装置の断面図を示している。例えばP型半導体基板51内には、N型ウェル領域52、53、54、P型ウェル領域55、56が形成されている。N型ウェル領域52内にはP型ウェル領域55が形成され、このP型ウェル領域55内にメモリセルアレイ1を構成する低電圧NチャネルトランジスタLVNTrが形成されている。さらに、前記N型ウェル領域53、P型ウェル領域56内に、データ記憶回路10を構成する低電圧PチャネルトランジスタLVPTr、低電圧NチャネルトランジスタLVNTrが形成されている。前記基板51内には、ビット線とデータ記憶回路10を接続する高電圧NチャネルトランジスタHVNTrが形成されている。また、前記N型ウェル領域54内には例えばワード線駆動回路等を構成する高電圧PチャネルトランジスタHVPTrが形成されている。図4に示すように、高電圧トランジスタHVNTr、HVPTrは、低電圧トランジスタLVNTr、LVPTrに比べて例えば厚いゲート絶縁膜を有している。尚、図2中2〜8の周辺の回路もLVNTr、LVPTr及びHVNTr、HVPTrにより構成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device corresponding to the first embodiment. For example, N-
図5は、消去、プログラム、リードにおいて、図4に示す各部に供給される電圧を示している。データのリード時、メモリセルが形成されるNウェル52、Pウェル55に一定電圧Vfixが供給される。尚、消去レベル以外に、負側に閾値レベルを設けない場合は、Vfix=0Vとする。 FIG. 5 shows voltages supplied to the respective units shown in FIG. 4 in erasing, programming, and reading. At the time of data reading, a constant voltage Vfix is supplied to the N well 52 and the P well 55 in which memory cells are formed. If no threshold level is provided on the negative side other than the erase level, Vfix = 0V.
図6は、図1に示すデータ記憶回路10の一例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the
このデータ記憶回路10は、プライマリデータキャッシュ(PDC)、セコンダリデータキャッシュ(SDC)、ダイナミックデータキャッシュ(DDC)、テンポラリデータキャッシュ(TDC)を有している。SDC、PDC、DDCは、書き込み時に入力データを保持し、読み出し時に読み出しデータを保持し、ベリファイ時に一時的にデータを保持し、多値データを記憶する際に内部データの操作に使用される。TDCは、データの読み出し時にビット線のデータを増幅し、一時的に保持するとともに、多値データを記憶する際に内部データの操作に使用される。
The
SDCは、ラッチ回路を構成するクロックドインバータ回路61a、61b、及びトランジスタ61c、61dにより構成されている。トランジスタ61cはクロックドインバータ回路61aの入力端と、クロックドインバータ回路61bの入力端の間に接続されている。このトランジスタ61cのゲートには信号EQ2が供給されている。トランジスタ61dはクロックドインバータ回路61bの出力端と接地間に接続されている。このトランジスタ61dのゲートには信号PRSTが供給されている。SDCのノードN2aは、カラム選択トランジスタ61eを介して入出力データ線IOに接続され、ノードN2bは、カラム選択トランジスタ61fを介して入出力データ線IOnに接続される。これらトランジスタ61e、61fのゲートにはカラム選択信号CSLiが供給されている。SDCのノードN2aは、トランジスタ61g、61hを介してPDCのノードN1aに接続されている。トランジスタ61gのゲートには信号BLC2が供給され、トランジスタ61hのゲートには信号BLC1が供給されている。
The SDC includes clocked
PDCは、クロックドインバータ回路61i、61j及びトランジスタ61kにより構成されている。トランジスタ61kは、クロックドインバータ回路61iの入力端とクロックドインバータ回路61jの入力端の相互間に接続されている。このトランジスタ61kのゲートには信号EQ1が供給されている。PDCのノードN1bはトランジスタ61lのゲートに接続されている。このトランジスタ61lの電流通路の一端はトランジスタ61mを介して接地されている。このトランジスタ61mのゲートには信号CHK1が供給されている。また、トランジスタ61lの電流通路の他端はトランスファーゲートを構成するトランジスタ61n、61oの電流通路の一端に接続されている。このトランジスタ61nのゲートには信号CHK2nが供給されている。また、トランジスタ61oのゲートはノードN2aに接続されている。トランジスタ61n、61oの電流通路の他端は、信号線COMiに接続されている。この信号線COMiは全データ記憶回路10に共通に接続され、この信号線COMiのレベルにより、全データ記憶回路10のベリファイが完了したかどうかを判定できる。すなわち、後述するように、ベリファイが完了すると、PDCのノードN1bがローレベルとなる。この状態において、信号CHK1、CHK2nをハイレベルとすると、ベリファイが完了している場合、信号線COMiがハイレベルとなる。
The PDC includes clocked
さらに、前記TDCは、例えばMOSキャパシタ61pにより構成されている。このキャパシタ61pは、一端が前記トランジスタ61g、61hの接続ノードN3に接続され、他端に後述する信号BOOSTが供給されている。また、接続ノードN3には、トランジスタ61qを介してDDCが接続されている。トランジスタ61qのゲートには、信号REGが供給されている。
Further, the TDC is constituted by, for example, a
DDCは、トランジスタ61r、61sにより構成されている。トランジスタ61rの電流通路の一端には信号VREGが供給され、他端は前記トランジスタ61qの電流通路に接続されている。このトランジスタ61rのゲートはトランジスタ61sを介して前記PDCのノードN1aに接続されている。このトランジスタ61sのゲートには信号DTGが供給されている。
The DDC is composed of
さらに、前記接続ノードN3にはトランジスタ61t、61uの電流通路の一端が接続されている。トランジスタ61uの電流通路の他端には信号VPREが供給され、ゲートにはBLPREが供給されている。前記トランジスタ61tのゲートには信号BLCLAMPが供給されている。このトランジスタ61tの電流通路の他端はトランジスタ61vを介してビット線BLe又はBLoの一端に接続されている。
Further, one end of a current path of the
上記各信号及び電圧は、図2に示す制御信号及び制御電圧発生回路7により生成され、この制御信号及び制御電圧発生回路7の制御に基づき、以下の動作が制御される。 The above signals and voltages are generated by the control signal and control voltage generation circuit 7 shown in FIG. 2, and the following operations are controlled based on the control of the control signal and control voltage generation circuit 7.
本メモリは、多値メモリであり、1つのセルに例えば2ビットのデータを記憶することが可能とされている。この2ビットの切り替えはアドレス(第1ページ、第2ページ)によって行なわれる。 This memory is a multi-level memory and can store, for example, 2-bit data in one cell. The 2-bit switching is performed by an address (first page, second page).
図7(a)(b)(c)は、メモリセルのデータとメモリセルの閾値電圧の関係を示している。消去動作を行なうと、図7(a)(c)に示すように、メモリセルのデータは“0”となる。第1ページの書き込み後、メモリセルのデータはデータ“0”又はデータ“1”となる。ここで、データ“0”は負の閾値電圧を有し、データ“1”は正の閾値電圧を有している。 FIGS. 7A, 7B, and 7C show the relationship between the memory cell data and the threshold voltage of the memory cell. When the erase operation is performed, the data in the memory cell becomes “0” as shown in FIGS. After writing the first page, the data in the memory cell becomes data “0” or data “1”. Here, data “0” has a negative threshold voltage, and data “1” has a positive threshold voltage.
また、図7(b)に示すように、第2ページの書き込み後、メモリセルのデータはデータ“0”、“2”、“3”、“4”となる。第1の実施形態において、メモリセルのデータは閾値電圧の低いほうから高い方へと定義されている。 Further, as shown in FIG. 7B, after the second page is written, the data in the memory cell becomes data “0”, “2”, “3”, “4”. In the first embodiment, the memory cell data is defined from the lower threshold voltage to the higher threshold voltage.
図8は、第1の実施形態における書き込み順序の一例を示している。ブロック内では、ソース線に近いメモリセルからページごとに書き込み動作が行なわれる。メモリセル1とメモリセル2は同時に書き込まれ、メモリセル3とメモリセル4は同時に書き込まれ、メモリセル5とメモリセル6は同時に書き込まれ、メモリセル7とメモリセル8は同時に書き込まれる。書き込み順序は次の通りである。
FIG. 8 shows an example of the write order in the first embodiment. In the block, a write operation is performed for each page from a memory cell close to the source line.
(1)メモリセル1,2の第1ページ
(2)メモリセル3,4の第1ページ
(3)メモリセル1,2の第2ページ
(4)メモリセル4,5の第1ページ
(5)メモリセル3,4の第2ページ
(6)メモリセル7,8の第1ページ
(7)メモリセル5,6の第2ページ
(8)図示せぬ他のメモリセル
(9)メモリセル7,8の第2ページ
(読み出し動作)
図7(a)に示すように、第1ページ書き込み後、メモリセルのデータは、“0”又は“1”となっている。このため、ワード線とソース線の電位差をこれらのデータの閾値電圧の中間の電位“a”に設定して読み出し動作を行なうことにより、これらのデータを読み出すことができる。また、図7(b)に示すように、第2ページ書き込み後、メモリセルのデータは、“0”、“2”、“3”、“4”のいずれかにある。このため、ワード線とソース線の電位差を“b”、“c”、“d”に設定することにより、これらのデータを読み出すことができる。
(1) First page of
As shown in FIG. 7A, after the first page write, the data in the memory cell is “0” or “ 1 ”. Therefore, the data can be read by performing the read operation by setting the potential difference between the word line and the source line to the potential “a” intermediate between the threshold voltages of these data. Further, as shown in FIG. 7B, after the second page write, the memory cell data is in any one of “0”, “2”, “3”, and “4”. Therefore, the data can be read by setting the potential difference between the word line and the source line to “b”, “c”, “d”.
図9を参照して読み出し動作について説明する。読み出し動作では、選択されているセルのウェル、メインソース線SRC、サブソース線SRC0e…SRC8ko、非選択ブロックの選択ゲートに、定電圧発生回路7−1より、電圧Vfix(例えば1.6V)が供給される。尚、負電圧側に閾値分布を設定しない構成の場合、Vfixは0Vとされる。 The read operation will be described with reference to FIG. In the read operation, the voltage Vfix (eg, 1.6 V) is supplied from the constant voltage generation circuit 7-1 to the well of the selected cell, the main source line SRC, the sub source line SRC0e... SRC8ko, and the selection gate of the non-selected block. Supplied. In the case where the threshold distribution is not set on the negative voltage side, Vfix is set to 0V.
また、選択ワード線に読み出し時の電位Vfix+“a”又は“b”、“c”、“d”を供給する。例えば“a”=−0.5Vとすると、Vfix+“a”は1.1Vとなる。これと同時に、選択ブロックの非選択ワード線にVread+Vfix、選択ブロックのセレクト線SGDにVsg+Vfix(Vsg=Vdd+Vth、Vddは例えば2.5V、VthはNチャネルMOSトランジスタの閾値電圧)、セレクト線SGSにVfixを供給する。 Further, the potential Vfix + “a” or “b”, “c”, “d” at the time of reading is supplied to the selected word line. For example, if “a” = − 0.5V, Vfix + “a” is 1.1V. At the same time, Vread + Vfix is applied to the non-selected word line of the selected block, Vsg + Vfix is applied to the select line SGD of the selected block (Vsg = Vdd + Vth, Vdd is, for example, 2.5 V, Vth is the threshold voltage of the N-channel MOS transistor), and Vfix is applied to the select line SGS. Supply.
さらに、図6に示すデータ記憶回路10の信号VPREをVddに設定し、信号BLPREをVsgに設定し、信号BLCLAMPを例えば0.6V+Vth+Vfixに設定し、ビット線を例えば0.6V+Vfix=2.2Vにプリチャージする。
Further, the signal VPRE of the
次に、セルのソース側のセレクト線SGSをVsg+Vfixに設定する。ウェル及びメインソース線SRC、サブソース線SRC0e…SRC8koが電圧Vfixとなっているため、セルの閾値電圧が“a”=−0.5V、又は“b”、“c”、“d”より高い時、セルはオフ状態であるため、ビット線の電位はハイレベル、例えば2.2Vのままである。また、セルの閾値電圧が“a”又は“b”、“c”、“d”より低い場合、セルはオン状態となるため、ビット線の電荷が放電され、メインソース線、サブソース線と同電位、つまりVfix(例えば1.6V)となる。ここで、図1に示すように、ビット線は、例えば16k本あり、各ビット線から放電された電荷Qが、定電圧発生回路7−1に流れ込んだ場合、定電圧発生回路7−1が安定しなくなってしまう。 Next, the select line SGS on the source side of the cell is set to Vsg + Vfix. Since the well and main source lines SRC, sub-source lines SRC0e... SRC8ko are at the voltage Vfix, the threshold voltage of the cell is “a” = − 0.5 V, or higher than “b”, “c”, “d”. At this time, since the cell is in an off state, the potential of the bit line remains at a high level, for example, 2.2V. When the threshold voltage of the cell is lower than “a”, “b”, “c”, or “d”, the cell is turned on, so that the charge of the bit line is discharged, and the main source line, sub-source line, The same potential, that is, Vfix (for example, 1.6 V). Here, as shown in FIG. 1, there are 16k bit lines, for example, and when the charge Q discharged from each bit line flows into the constant voltage generation circuit 7-1, the constant voltage generation circuit 7-1 It becomes unstable.
しかし、図10に示すように、例えばビット線BL0eにプリチャージされた電荷+Qは、サブソース線SRC0eに流れ、サブソース線SRC0eの電荷−Qと中和されて消滅する。このため、大電流が定電圧発生回路7−1に流れ込むことを防止できる。 However, as shown in FIG. 10, for example, the charge + Q precharged to the bit line BL0e flows to the sub-source line SRC0e, and is neutralized with the charge −Q of the sub-source line SRC0e and disappears. For this reason, it is possible to prevent a large current from flowing into the constant voltage generation circuit 7-1.
この後、図6に示すデータ記憶回路10の信号BLPREを、一旦電圧Vsgに設定し、TDCのノードN3をVddにプリチャージした後、信号BOOSTをローレベルからハイレベルとし、TDCのノードN3の電位をαVdd(例えばα=1.7、αVdd=例えば4.25V)に設定する。
After that, the signal BLPRE of the
次に、信号BLCLAMPを例えば電圧(0.45V+Vth)+Vfixに設定する。TDCのノードN3は、ビット線の電位が0.45V+Vfix(Vfix=例えば1.6V)より低い場合、ローレベルとなり、ビット線の電位が0.45Vより高い場合、ハイレベルのまま(αVdd=例えば4.25V)となる。 Next, the signal BLCLAMP is set to, for example, voltage (0.45V + Vth) + Vfix. The node N3 of the TDC is at a low level when the potential of the bit line is lower than 0.45V + Vfix (Vfix = for example, 1.6V), and remains at a high level when the potential of the bit line is higher than 0.45V (αVdd = for example, 4.25V).
次いで、信号BLCLAMPを電圧Vtr(例えば0.1V+Vth)とした後、信号BOOSTをハイレベルからローレベルにする。ここで、TDCのノードN3はハイレベルの場合、Vfix(例えば1.6V)から下がるが、信号BLCLAMPが電圧Vtr(例えば0.1V+Vth)であるため、0.1Vよりは下がらない。TDCのノードN3はハイレベルの場合(αVdd=例えば4.25V)からVddとなる。 Next, after setting the signal BLCLAMP to a voltage Vtr (for example, 0.1 V + Vth), the signal BOOST is changed from a high level to a low level. Here, when the node N3 of the TDC is at a high level, it drops from Vfix (for example, 1.6V), but since the signal BLCLAMP is at the voltage Vtr (for example, 0.1V + Vth), it does not drop below 0.1V. The node N3 of the TDC becomes Vdd from the high level (αVdd = eg 4.25V).
ここで、信号BLC1をVsgとして、TDCの電位をPDCに読み込む。したがって、セルの閾値電圧が、“a”又は“b”、“c”、“d”のレベルより低い場合、PDCはローレベル、高い場合、PDCはハイレベルとなり、読み出しが行なわれる。このようにして、ワード線を負電圧にせずに、負の閾値電圧を読み出すことができる。 Here, the signal BLC1 is set to Vsg, and the potential of the TDC is read into the PDC. Therefore, when the threshold voltage of the cell is lower than the levels of “a” or “b”, “c”, and “d”, the PDC is at a low level, and when it is higher, the PDC is at a high level and reading is performed. In this way, a negative threshold voltage can be read without setting the word line to a negative voltage.
(プログラム及びプログラムベリファイ)
(プログラム)
プログラム動作のフローチャートを図11に示す。
(Program and program verify)
(program)
A flowchart of the program operation is shown in FIG.
プログラム動作は、先ず、アドレスを指定し、図1に示す2ページが選択される。本メモリは、この2ページのうち、第1ページ、第2ページの順でしか、プログラムできない。したがって、初めにアドレスで第1ページを選択する。 In the program operation, first, an address is designated, and two pages shown in FIG. 1 are selected. The memory can be programmed only in the order of the first page and the second page of the two pages. Therefore, the first page is first selected by address.
次に、書き込みデータを外部より入力し、全てのデータ記憶回路10内のSDC(図6に示す)に記憶する(S11)。書き込みコマンドが入力されると、全てのデータ記憶回路10内のSDCのデータがPDCに転送される(S12)。外部よりデータ“1”(書き込みを行なわない)が入力されると、データ記憶回路10のPDCのノードN1aはハイレベルとなり、データ“0”(書き込みを行なう)が入力されるとローレベルとなる。以後、PDCのデータはノードN1aの電位、SDCのデータはノードN2aの電位とする。
Next, write data is input from the outside and stored in SDCs (shown in FIG. 6) in all data storage circuits 10 (S11). When a write command is input, the SDC data in all the
(プログラム動作)(S13)
図6に示す信号BLC1をVdd+Vthに設定し、PDCにデータ“1”(書き込みを行なわない)が記憶されている時は、ビット線がVddになり、データ“0”(書き込みを行なう)ときは、ビット線がVssになる。ここで、選択されているブロックのセレクト線SGSをVdd、選択ワード線にVpgm(20V)、非選択ワード線にVpass(10V)を印加すると、ビット線がVssになっている場合、セルのチャネルがVss、ワード線がVpgmとなるため書き込みが行なわれる。一方、ビット線がVddになっている場合、セルのチャネルがVssではなく、Vpgm又はVpassを上げることにより、カップリングで高い電位に上がるためプログラムが行われない。第1ページの書き込みにより、メモリセルのデータは、図7(a)に示すように、データ“0”とデータ“1”になる。
(Program operation) (S13)
When signal BLC1 shown in FIG. 6 is set to Vdd + Vth and data “1” (not written) is stored in PDC, the bit line becomes Vdd, and data “0” (write is performed). The bit line becomes Vss. Here, Vdd and select line SG S of a selected block, Vpgm (20V) to the selected word line and the unselected word lines to apply a Vpass (10V), when the bit line is at Vss, the cell Since the channel is Vss and the word line is Vpgm, writing is performed. On the other hand, when the bit line is at Vdd, the cell channel is not Vss, but by raising Vpgm or Vpass, the potential rises due to coupling, so that programming is not performed. By writing the first page, the data of the memory cell, as shown in FIG. 7 (a), becomes the data "0" and data "1".
(プログラムベリファイリード)(S14)
メモリセルは、第1ページではレベル“a”により、プログラムベリファイされる。プログラムベリファイ動作は、リード動作と殆ど同じである。
(Program verify read) (S14)
The memory cell is program-verified by the level “a” in the first page. The program verify operation is almost the same as the read operation.
先ず、選択されているセルのウェル、メインソース線SRC、サブソース線SRC0e〜SRC8ko、非選択ブロックのセレクト線に定電圧発生回路7−1より、電圧Vfix(例えば1.6V)が供給される。選択ワード線にリード時の電位Vfix+aより少し高い電位Vfix+a’を供給する。例えば“a’”=−0.4Vとすると、Vfix+a’は1.2Vとなる。以後“’”はベリファイ電位を示し、リードの電位より若干高い電位とする。 First, the voltage Vfix (for example, 1.6 V) is supplied from the constant voltage generation circuit 7-1 to the well of the selected cell, the main source line SRC, the sub source lines SRC0e to SRC8ko, and the select line of the unselected block. . A potential Vfix + a ′ slightly higher than the potential Vfix + a at the time of reading is supplied to the selected word line. For example, if “a ′” = − 0.4V, Vfix + a ′ is 1.2V. Hereinafter, “′” indicates a verify potential, which is slightly higher than the read potential.
選択ワード線にベリファイリードの時の電位Vfix+a’を印加することにより、見かけ上、セルのゲートに負電位が印加されたこととなる。これと同時に、選択ブロックの非選択ワード線にVread+Vfix、選択ブロックのセレクト線SGDにVsg+Vfix、セレクト線SGSにVfixを供給する。メインソース線SRC、サブソース線SRC0e〜SRC8koにはVfixを供給し、セルのウェルにもVfixを供給する。次に、図6に示すデータ記憶回路10の信号VPREをVdd(例えば2.5V)、信号BLPREをVsg、信号BLCLAMPを例えば(0.6V+Vth)+Vfixに設定し、ビット線を例えば0.6V+Vfix=2.2Vにプリチャージする。次に、セルのソース側のセレクト線SGSをVsg+Vfixに設定する。ウェル及びメインソース線SRC、サブソース線SRC0e〜SRC8koがVfixとなっているため、閾値電圧がa’(例えばa’=−0.4V)より高い時、セルはオフ状態となる。このため、ビット線はハイレベル(例えば2.2V)のままである。また、セルの閾値電圧がa’より低い場合、セルはオンする。このため、ビット線は放電され、メインソース線SRC、サブソース線SRC0e〜SRC8koと同電位、つまりVfix(例えば1.6V)となる。このビット線放電時間中に、信号VPRE=Vss、信号BLPRE=Vsgとして、TDCをVssに設定した後、信号VREG=Vdd、信号REG=VddとしてDDCがハイレベルの場合、TDCをハイレベルに設定する。この後、信号DTGをVsgに設定し、PDCのデータをDDCにコピーする。次いで、信号BLC1=VsgとしてTDCの電位をPDCに移す。これらの動作により、DDCのデータとPDCのデータが交換される。
By applying the potential Vfix + a ′ at the time of verify read to the selected word line, a negative potential is apparently applied to the gate of the cell. At the same time, Vread + Vfix is supplied to the unselected word line of the selected block, Vsg + Vfix is supplied to the select line SGD of the selected block, and Vfix is supplied to the select line SGS. Vfix is supplied to the main source line SRC and the sub source lines SRC0e to SRC8ko, and Vfix is also supplied to the wells of the cells. Next, the signal VPRE of the
この後、図6に示すデータ記憶回路10の信号BLPREを、一旦Vsg=(Vdd+Vth)に設定し、TDCのノードN3をVddにプリチャージする。次いで、信号BOOSTをローレベルからハイレベルに設定し、TDC=αVdd(例えばα=1.7、αVdd=4.25V)に設定する。ここで、信号BLCLAMPを例えば(0.45V+Vth)+Vfixに設定する。TDCのノードN3はビット線が0.45V+Vfixより低い場合、ローレベル(Vfix(例えば1.6V))となり、ビット線が0.45Vより高い場合、ハイレベル(αVdd(例えば4.25V))のままとなる。この後、信号BLCLAMPをVtr(例えば0.1V+Vth)に設定した後、信号BOOSTをハイレベルからローレベルに設定する。ここで、TDCのノードN3は、ローレベルの場合、Vfix(例えば1.6V)から下がるが、信号BLCLAMPをVtr(例えば0.1V+Vth)に設定しているため、0.1Vよりは下がらない。また、TDCのノードN3は、ハイレベルの場合(αVdd(例えば4.25V))からVddとなる。ここで、信号BLC1をVsgに設定し、TDCの電位をPDCに読み込む。次に、信号VREG=Vdd、信号REG=Vsgに設定し、DDCがハイレベル(非書き込み)の場合、TDCを強制的にハイレベルとする。しかし、DDCがローレベル(非書き込み)の場合、TDCの値は変わらない。したがって、元々PDC=ローレベル(書き込み)の場合で、セルの閾値電圧が、レベル“a’”より低い場合、PDCは再びローレベル(書き込み)となり、高い場合、PDCはハイレベルとなり、次回のプログラムにおいて非書き込みとなる。また、元々PDC=ハイレベル(非書き込み)の場合、PDC=ハイレベルとなり、次回のプログラムループにおいて非書き込みとなる。このような動作が、全てのデータ記憶回路10のPDCがハイレベル(“1”)となるまで繰り返される(S15〜S13)。
Thereafter, the signal BLPRE of the
一方、図12は第2ページの書き込み動作を示している。第2ページの書き込みにおいて、先ず、書き込むべきデータを外部より入力し、全てのデータ記憶回路10のSDCに記憶する(S21)。 On the other hand, FIG. 12 shows the second page write operation. In writing the second page, first, data to be written is input from the outside and stored in the SDCs of all the data storage circuits 10 (S21).
(内部データリード)(S22)
先ず、セルへの書き込みの前に、第1ページのメモリセルのデータが“0”か“2”であるかを判断するため、内部リード動作を行なう。この内部リード動作は、前述した負レベルリードと同様であり、ワード線にレベル“a”を供給して読み出し動作を行なう。
(Internal data read) (S22)
First, an internal read operation is performed to determine whether the data in the memory cell of the first page is “0” or “2” before writing to the cell. This internal read operation is the same as the negative level read described above, and the read operation is performed by supplying the level “a” to the word line.
(データキャッシュの設定)(S23)
この後、各データキャッシュに記憶されたデータが操作される。すなわち、SDCのデータがPDCに転送され、PDCのデータがDDCに転送される。次に、DDCのデータが反転されてSDCに転送される。この後、PDCのデータがDDCに転送される。次に、DDCのデータが反転されてPDCに転送される。この後、PDCのデータがDDCに転送される。このような操作をすることにより、メモリセルのデータを“0”にする場合(第1ページにおいてデータ“1”、第2ページにおいてデータ“1”)、PDC、DDC、SDCは全てハイレベルに設定される。
(Data cache setting) (S23)
Thereafter, the data stored in each data cache is manipulated. That is, SDC data is transferred to the PDC, and PDC data is transferred to the DDC. Next, the DDC data is inverted and transferred to the SDC. Thereafter, the PDC data is transferred to the DDC. Next, the data of the DDC is inverted and transferred to the PDC. Thereafter, the PDC data is transferred to the DDC. By performing such an operation, when the data in the memory cell is set to “0” (data “1” on the first page, data “1” on the second page), the PDC, DDC, and SDC are all set to the high level. Is set.
メモリセルのデータを“1”にする場合(第1ページにおいてデータ“1”、第2ページにおいてデータ“0”)、PDCはローレベル、DDCはローレベル、SDCはハイレベルに設定される。 When the data in the memory cell is set to “1” (data “1” on the first page and data “0” on the second page), the PDC is set to the low level, the DDC is set to the low level, and the SDC is set to the high level.
メモリセルのデータを“2”にする場合(第1ページにおいてデータ“0”、第2ページにおいてデータ“0”)、PDCはローレベル、DDCはハイレベル、SDCはローレベルに設定される。 When the data in the memory cell is set to “2” (data “0” in the first page and data “0” in the second page), the PDC is set to the low level, the DDC is set to the high level, and the SDC is set to the low level.
メモリセルのデータを“3”にする場合(第1ページにおいてデータ“0”、第2ページにおいてデータ“1”)、PDC、DDC、SDCは全てローレベルに設定される。 When the data in the memory cell is set to “3” (data “0” in the first page and data “1” in the second page), the PDC, DDC, and SDC are all set to a low level.
このように、各データキャッシュを設定した状態において、第1ページと同様にして第2ページのプログラムが実行される(S24)。 Thus, in the state where each data cache is set, the program for the second page is executed in the same manner as the first page (S24).
この後、“b’”“c’”“d’”の各レベルを用いて、レベル“a’”と同様にしてプログラムベリファイが実行される(S25−S28、S24)。 Thereafter, the program verify is executed in the same manner as the level “a ′” using the levels “b ′”, “c ′”, and “d ′” (S25-S28, S24).
レベル“b’”のプログラムベリファイにおいて、上記の動作を行なうと、レベル“c”及び“d”への書き込みセルが、レベル“b’”のプログラムベリファイで、非書き込みとなってしまう。このため、例えばレベル“c’”及び“d’”の書き込みの場合、SDCのノードN2aをローレベルとする。レベル“b’”の書き込みの場合、SDCのノードN2aはハイレベルであるため、通常、信号VPRE=Vdd、信号BLPRE=Vsgとして、TDCを強制的にハイレベルとする。しかし、この場合、信号BLPREはVssのままとし、信号BLC2=Vsgとし、レベル“c’”及び“d’”の書き込みの場合、TDCをローレベルとし、レベル“b’”の書き込みの場合のみTDCをハイレベルとする。この結果、レベル“c’”及び“d’”の書き込みの場合、プログラムベリファイにおいて書き込み完了とならない。 If the above operation is performed in the program verify of the level “b ′”, the write cells to the levels “c” and “d” are not written in the program verify of the level “b ′”. Therefore, for example, in the case of writing of levels “c ′” and “d ′”, the node N2a of the SDC is set to a low level. In the case of writing at level “b ′”, the node N2a of the SDC is at a high level, so that the signal VPRE = Vdd and the signal BLPRE = Vsg are normally set to forcibly set the TDC to a high level. However, in this case, the signal BLPRE remains at Vss, the signal BLC2 = Vsg, the level “c ′” and “d ′” are written, the TDC is set to the low level, and the level “b ′” is written only. TDC is set to high level. As a result, in the case of writing at levels “c ′” and “d ′”, the writing is not completed in the program verify.
また、第2ページの書き込みにおいて、レベル“c’”のプログラムベリファイでは、上記の動作を行なうと、レベル“d”への書き込みセルが、レベル“c’”のプログラムベリファイにおいて、書き込み完了してしまう。このため、信号BOOSTをハイレベルからローレベルとした後、信号VREG=Vdd、信号REG=Vsgに設定し、DDCがハイレベルの場合、TDCを強制的にハイレベルにする操作の前に、信号BLC1=Vtr(=0.1V+Vth)に設定する。ここで、ビット線の放電中に、DDCのデータとPDCのデータは交換されている。このため、レベル“c”の書き込みの場合、PDCのノードN1aはハイレベルとなっており、その他のレベルに書き込む場合、ローレベルになっている。したがって、レベル“c”の書き込み以外の場合、TDCは強制的にローレベルになる。この結果、“d’”の書き込みの場合、プログラムベリファイにおいて書き込み完了とならない。 In the program verify of level “c ′” in the second page write, if the above operation is performed, the write cell to level “d” is completely written in the program verify of level “c ′”. End up. For this reason, after setting the signal BOOST from the high level to the low level, the signal VREG = Vdd and the signal REG = Vsg are set, and when the DDC is at the high level, the signal is set before the operation for forcibly setting the TDC to the high level. BLC1 = Vtr (= 0.1V + Vth) is set. Here, during the discharge of the bit line, the DDC data and the PDC data are exchanged. Therefore, the node N1a of the PDC is at a high level when writing at level “c”, and at a low level when writing at other levels. Therefore, the TDC is forcibly set to a low level in cases other than writing of level “c”. As a result, in the case of writing “d ′”, the writing is not completed in the program verify.
PDCがローレベルの場合、再び書き込み動作を行ない、全てのデータ記憶回路10のPDCのデータがハイレベルになるまでこのプログラム動作とベリファイ動作を繰り返す(S25−S28、S24)。
When the PDC is at the low level, the write operation is performed again, and this program operation and the verify operation are repeated until the data in the PDC of all the
(消去動作)
消去動作は、図1に破線で示すブロック単位に実行される。消去後、セルの閾値電圧分布は、図7(c)に示すように、データ“0”となる。
(Erase operation)
The erase operation is executed in units of blocks indicated by broken lines in FIG. After erasing, the threshold voltage distribution of the cell becomes data “0” as shown in FIG.
図13は、消去領域を自己昇圧するEASB(Erased Area Self Boost)書き込み方法を示している。EASB書き込み方法の場合、消去セルの閾値電圧分布を浅くする必要がある。NANDセルのソース側から書き込みを行う。セルにデータを書き込む場合、ビット線をVssとし、非書き込みの場合、ビット線をVddとする。次に、例えばWL7により選択セルにデータを書き込む場合、WL0〜WL4はVpass、WL5はVss、WL6はVdd、WL7はプログラム電圧Vpgm、WL8〜WL31はVpassに設定される。この状態において、データを書き込む場合、ワード線WL7のゲートがVpgm、チャネルがVssであるため、書き込みが行なわれる。また、非書き込みの場合、チャネルは、ブーストされて例えばVpass/2となる。しかし、書き込まれるセルの数が多い場合、チャネルはブーストされにくくなる。ところが、EASB書き込み方法は、必ずソース線側から書き込まれている。したがって、ワード線WL5=0としてブーストすると、ワード線WL8〜WL31に接続されたセルは消去されているため、チャネルはブーストされ、書き込まれなくなる。このように、既に書き込まれたセルにブーストした電荷が移動しないようにしなくてはならない。しかし、ワード線WL5により選択されるセルが消去状態の場合で、閾値電圧が深い場合、すなわち、大きな負の閾値電圧となっている場合、セルはオフしなくなってしまう。したがって、消去セルの閾値電圧を浅くする、すなわち、小さな負の閾値電圧とする必要がある。 FIG. 13 shows an EASB (Erased Area Self Boost) write method for self-boosting the erase area. In the case of the EASB writing method, it is necessary to make the threshold voltage distribution of the erase cell shallow. Writing is performed from the source side of the NAND cell. When writing data to the cell, the bit line is set to Vss, and when not writing, the bit line is set to Vdd. Next, for example, when data is written to the selected cell by WL7, WL0 to WL4 are set to Vpass, WL5 is set to Vss, WL6 is set to Vdd, WL7 is set to the program voltage Vpgm, and WL8 to WL31 are set to Vpass. In this state, when data is written, writing is performed because the gate of the word line WL7 is Vpgm and the channel is Vss. In the case of non-write, the channel is boosted to, for example, Vpass / 2. However, if the number of cells to be written is large, the channel is less likely to be boosted. However, the EASB writing method always writes from the source line side. Therefore, when boosting is performed with the word line WL5 = 0, the cells connected to the word lines WL8 to WL31 are erased, so that the channel is boosted and cannot be written. Thus, it is necessary to prevent the boosted charge from moving to the already written cell. However, if the cell selected by the word line WL5 is in the erased state and the threshold voltage is deep, that is, if the cell has a large negative threshold voltage, the cell will not turn off. Therefore, it is necessary to make the threshold voltage of the erase cell shallow, that is, to set a small negative threshold voltage.
このため、消去動作後、ブロック内の全ワード線を選択し、プログラム及びプログラムベリファイリードを行ない、図7(c)に示すように、“z”レベルまで書き込み動作を行なう。この時のプログラム及びプログラムベリファイリード動作は、全ワード線を選択状態とし、ベリファイ時の選択ワード線の電位をz+Vfix(例えば0V)とし、他は、通常のプログラム及びプログラムベリファイリードと全く同様に行なう。 For this reason, after the erase operation, all word lines in the block are selected, program and program verify read are performed, and the write operation is performed up to the “z” level as shown in FIG. 7C. The program and program verify read operations at this time are performed in the same manner as the normal program and program verify read except that all word lines are selected and the potential of the selected word line at the time of verify is z + Vfix (for example, 0V). .
上記第1の実施形態によれば、各ビット線BL0e〜BL8koに沿って、メインソース線SRCに接続されたサブソース線SRC0e〜SRC8koをそれぞれ配置し、データの読み出し時、選択ゲートS1を介して各サブソース線SRC0e〜SRC8koを各NANDセルのソースに接続している。このため、セルがオンする場合、各ビット線にプリチャージされた電荷を各サブソース線、及びメインソース線の電荷と中和させて消滅させることができる。したがって、ワード線に接続された全てのセルから同時にデータを読み出すことができる。 According to the first embodiment, the sub-source lines SRC0e to SRC8ko connected to the main source line SRC are arranged along the bit lines BL0e to BL8ko, respectively, and the data is read via the selection gate S1. Each sub-source line SRC0e to SRC8ko is connected to the source of each NAND cell. For this reason, when the cell is turned on, the charge precharged on each bit line can be neutralized with the charges on each sub-source line and main source line and disappear. Therefore, data can be read simultaneously from all the cells connected to the word line.
また、データの書き込み時において、ワード線に接続された全てのメモリセルに対して同時にベリファイリードを行なうことができる。このため、書き込み速度を高速化することが可能である。 Further, at the time of data writing, the verify read can be simultaneously performed on all the memory cells connected to the word line. For this reason, it is possible to increase the writing speed.
さらに、メモリセルに負の閾値電圧を設定する場合において、定電圧発生回路7−1により、メモリセルのソースにバイアス電圧を供給する場合において、各ビット線の電荷は、各サブソース線、及びメインソース線の電荷と中和させて消滅させているため、定電圧発生回路7−1に流れ込む電流を抑制することができる。したがって、定電圧発生回路7−1を安定に動作させることができ、ノイズの発生を抑制することが可能である。 Further, when a negative threshold voltage is set for the memory cell, when a bias voltage is supplied to the source of the memory cell by the constant voltage generation circuit 7-1, the charge of each bit line is changed to each sub-source line, and Since the charge of the main source line is neutralized and eliminated, the current flowing into the constant voltage generation circuit 7-1 can be suppressed. Therefore, the constant voltage generation circuit 7-1 can be operated stably, and noise generation can be suppressed.
(第2の実施形態)
第1の実施形態において、各ビット線BL0e〜BL8koに沿って、サブソース線SRC0e〜SRC8koがそれぞれ配置されている。各ビット線に隣接してサブソース線を配置する場合、ビット線とサブソース線の間隔が狭まり製造が困難となる。そこで、第2の実施形態は、隣接するビット線及び隣接するサブソース線を異なる層に配置している。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, sub-source lines SRC0e to SRC8ko are arranged along the bit lines BL0e to BL8ko, respectively. When the sub-source line is arranged adjacent to each bit line, the space between the bit line and the sub-source line becomes narrow, which makes manufacturing difficult. Therefore, in the second embodiment, adjacent bit lines and adjacent sub-source lines are arranged in different layers.
図14(a)(b)は、第2の実施形態を示すものであり、ビット線とソース線の配置を概略的に示している。図14(a)(b)において、メモリセルを構成する拡散層や浮遊ゲート及び層間絶縁膜等は省略している。 FIGS. 14A and 14B show the second embodiment and schematically show the arrangement of bit lines and source lines. 14A and 14B, a diffusion layer, a floating gate, an interlayer insulating film, and the like constituting the memory cell are omitted.
図14(a)(b)において、拡散層が形成される活性領域AAの上方に、浮遊ゲートFG,及びワード線(制御ゲートCG)WL0〜WL31、セレクト線SGD,SGSが形成されている。これらの上方に複数のビット線のうち、奇数番目のビット線BLo、及び複数のサブソース線のうち、奇数番目のサブソース線SRCoが配置されている。これら奇数番目のビット線BLo及びサブソース線SRCoは、第1層金属配線M1により形成されている。奇数番目のビット線BLo及びサブソース線SRCoの上方には、第2層金属配線M2により、偶数番目のビット線BLe及びサブソース線SRCeが形成されている。これら偶数番目のビット線BLe及びサブソース線SRCeの上方には、第3層金属配線M3により、セレクト線SGS,SGD、及びウェルWellに電位を供給するための配線が配置されている。 14A and 14B, a floating gate FG, word lines (control gates CG) WL0 to WL31, and select lines SGD and SGS are formed above the active region AA where the diffusion layer is formed. Above these, an odd-numbered bit line BLo among the plurality of bit lines and an odd-numbered sub-source line SRCo among the plurality of sub-source lines are arranged. These odd-numbered bit lines BLo and sub-source lines SRCo are formed by the first layer metal wiring M1. Above the odd-numbered bit lines BLo and the sub-source lines SRCo, even-numbered bit lines BLe and sub-source lines SRCe are formed by the second-layer metal wiring M2. Above the even-numbered bit lines BLe and the sub-source lines SRCe, wirings for supplying potentials to the select lines SGS, SGD and the well Well are arranged by the third layer metal wiring M3.
各NANDセルの選択ゲートS1のソースは、活性領域AAが接続部CPにおいて互いに接続されて、メインソース線SRCを構成している。この接続部CPの例えば1つおきにコンタクトCBが形成され、コンタクトCBを介して上方に形成された奇数番目のサブソース線SRCoとソース拡散層とが接続される。さらに、奇数番目のサブソース線SRCo上にはヴィアV1が形成され、このヴィアV1を介して奇数番目のサブソース線SRCoと偶数番目のサブソース線SRCeとが接続されている。図14(a)(b)において、奇数番目のサブソース線SRCoの上方には、偶数番目のビット線BLeが形成され、奇数番目のビット線BLoの上方に偶数番目のサブソース線SRCeが形成されている。このように、奇数番目のビット線BLo及び偶数番目のビット線BLeと、奇数番目のサブソース線SRCo及び偶数番目のサブソース線SRCeは互いの位置がずれている。このため、奇数番目のビット線BLo及び偶数番目のビット線BLeと、奇数番目のサブソース線SRCo及び偶数番目のサブソース線SRCeは、前記コンタクトCB、V1の位置に対応して、斜めのパターンOPを含んでいる。 The sources of the selection gates S1 of the NAND cells are connected to each other at the connection portion CP in the active area AA to form a main source line SRC. For example, contacts CB are formed every other connecting portion CP, and the odd-numbered sub-source lines SRCo formed above are connected to the source diffusion layers via the contacts CB. Further, a via V1 is formed on the odd-numbered sub-source line SRCo, and the odd-numbered sub-source line SRCo and the even-numbered sub-source line SRCe are connected via the via V1. 14A and 14B, even-numbered bit lines BLe are formed above odd-numbered sub-source lines SRCo, and even-numbered sub-source lines SRCe are formed above odd-numbered bit lines BLo. Has been. Thus, the odd-numbered bit lines BLo and even-numbered bit lines BLe, and the odd-numbered sub-source lines SRCo and even-numbered sub-source lines SRCe are displaced from each other. Therefore, the odd-numbered bit lines BLo and the even-numbered bit lines BLe, the odd-numbered sub-source lines SRCo, and the even-numbered sub-source lines SRCe are inclined patterns corresponding to the positions of the contacts CB and V1. Contains OP.
第2の実施形態によれば、奇数番目のビット線BLo及びサブソース線SRCoと、偶数番目のビット線BLe及びサブソース線SRCeを異なる配線層に配置している。このため、全ビット線にデータ記憶回路10を接続する構成において、各ビット線及びサブソース線を十分な間隔を隔てて形成することができる。
According to the second embodiment, odd-numbered bit lines BLo and sub-source lines SRCo, and even-numbered bit lines BLe and sub-source lines SRCe are arranged in different wiring layers. For this reason, in the configuration in which the
(第3の実施形態)
上記第2の実施形態において、隣接する活性領域AAは接続部CPにより接続されていた。これに対して、第3の実施形態は、接続部CPを形成せずに活性領域AAを接続している。
(Third embodiment)
In the second embodiment, adjacent active areas AA are connected by the connecting portion CP. On the other hand, in the third embodiment, the active region AA is connected without forming the connection portion CP.
図15(a)(b)、図16において、図14(a)(b)と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。図15(a)(b)、図16において、各NANDセルの選択ゲートS1のソースは、隣接する活性領域AAが、例えばポリシリコンにより形成された導電膜CFにより接続されている。この導電膜CFのほぼ中央部上に前記コンタクトCBが形成されている。このコンタクトCBに奇数番目のサブソース線SRCoが接続される。 15 (a), 15 (b), and FIG. 16, the same parts as those in FIGS. 14 (a) and 14 (b) are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. 15A, 15B, and 16, the source of the select gate S1 of each NAND cell is connected to the adjacent active region AA by a conductive film CF formed of, for example, polysilicon. The contact CB is formed on substantially the center of the conductive film CF. An odd-numbered sub-source line SRCo is connected to this contact CB.
第3の実施形態によれば、隣接する選択ゲートS1のソース拡散層を導電膜CFにより接続している。このため、第2の実施形態のように、活性領域AAとしての拡散層同士を接続することが困難である場合に製造を容易化することができる。 According to the third embodiment, the source diffusion layers of adjacent select gates S1 are connected by the conductive film CF. For this reason, the manufacturing can be facilitated when it is difficult to connect the diffusion layers as the active regions AA as in the second embodiment.
(第4の実施形態)
図17(a)(b)は、第4の実施形態を示すものであり、図15(a)(b)、図16と同一部分には同一符号を付す。
(Fourth embodiment)
17 (a) and 17 (b) show the fourth embodiment, and the same reference numerals are given to the same portions as those in FIGS. 15 (a), 15 (b) and FIG.
第2、第3の実施形態において、奇数番目のビット線BLo及び偶数番目のビット線BLeと、奇数番目のサブソース線SRCo及び偶数番目のサブソース線SRCeは、斜めのパターンOPを含んでいる。これに対して、第4の実施形態は、奇数番目のビット線BLo及び偶数番目のビット線BLeと、奇数番目のサブソース線SRCo及び偶数番目のサブソース線SRCeを直線のパターンのみにより形成している。 In the second and third embodiments, the odd-numbered bit lines BLo and the even-numbered bit lines BLe, the odd-numbered sub-source lines SRCo, and the even-numbered sub-source lines SRCe include an oblique pattern OP. . On the other hand, in the fourth embodiment, the odd-numbered bit lines BLo and the even-numbered bit lines BLe, the odd-numbered sub-source lines SRCo, and the even-numbered sub-source lines SRCe are formed by only a linear pattern. ing.
すなわち、図17(a)(b)に示すように、各NANDセルの選択ゲートS1のソースは、隣接する活性領域AAが、例えばポリシリコンにより形成された第1の導電膜CF1により接続されている。この第1の導電膜CF1上で、第1の導電膜CF1により接続された一方の活性領域AAに対応してコンタクトCBが形成されている。このコンタクトCBに奇数番目のサブソース線SRCoが接続される。このため、奇数番目のサブソース線SRCoは、直線状のパターンのみにより形成され、奇数番目のビット線BLoも直線状のパターンのみにより形成される。 That is, as shown in FIGS. 17A and 17B, the source of the select gate S1 of each NAND cell is connected to the adjacent active region AA by the first conductive film CF1 formed of, for example, polysilicon. Yes. On the first conductive film CF1, a contact CB is formed corresponding to one active region AA connected by the first conductive film CF1. An odd-numbered sub-source line SRCo is connected to this contact CB. Therefore, the odd-numbered sub-source line SRCo is formed only by a linear pattern, and the odd-numbered bit line BLo is also formed only by a linear pattern.
さらに、奇数番目のサブソース線SRCo上にはヴィアV1が形成され、このヴィアV1の上に第2の金属配線層により第2の導電膜CF2が形成される。第2、第3の実施形態において、第2の金属配線層M2は、偶数番目のビット線及びサブソース線を構成していたが、第4の実施形態において、第2の金属配線層M2は、セレクト線SGD,SGS,Wellを構成している。第2の導電膜CF2上で、偶数番目のサブソース線SRCeに対応する位置にヴィアV2が形成され、このヴィアV2、第2の導電膜CF2、ヴィアV1を介して奇数番目のサブソース線SRCoと偶数番目のサブソース線SRCeが接続される。すなわち、偶数番目のサブソース線SRCeと偶数番目のビット線BLeは、第3の金属配線層M3により構成されている。 Furthermore, a via V1 is formed on the odd-numbered sub-source line SRCo, and a second conductive film CF2 is formed on the via V1 by a second metal wiring layer. In the second and third embodiments, the second metal wiring layer M2 constitutes even-numbered bit lines and sub-source lines. In the fourth embodiment, the second metal wiring layer M2 , Select lines SGD, SGS, Well are formed. A via V2 is formed on the second conductive film CF2 at a position corresponding to the even-numbered sub-source line SRCe, and the odd-numbered sub-source line SRCo is formed via the via V2, the second conductive film CF2, and the via V1. Are connected to the even-numbered sub-source line SRCe. That is, the even-numbered sub-source line SRCe and the even-numbered bit line BLe are configured by the third metal wiring layer M3.
上記第4の実施形態によれば、第1、第2の導電膜CF1、CF2、コンタクトCB、ヴィアV1、V2を用いて、活性領域AAと奇数番目のサブソース線SRCo及び偶数番目のサブソース線SRCeを接続している。このため、奇数番目のサブソース線SRCoと奇数番目のビット線BLo、及び偶数番目のサブソース線SRCeと偶数番目のビット線BLeを直線のみのパターンにより形成することが可能であり、特別な露光技術を用いることなく容易に微細なパターンを形成することが可能である。 According to the fourth embodiment, the active region AA, the odd-numbered sub-source line SRCo, and the even-numbered sub-source are formed using the first and second conductive films CF1, CF2, contacts CB, vias V1, V2. Line SRCe is connected. Therefore, the odd-numbered sub-source lines SRCo and the odd-numbered bit lines BLo, and the even-numbered sub-source lines SRCe and the even-numbered bit lines BLe can be formed with a pattern of only a straight line. It is possible to easily form a fine pattern without using a technique.
尚、導電膜CF、第1の導電膜CF1、第2の導電膜CF2は、隣接する活性層AAに対応して部分的に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば図15、16、17に破線で示すように、一体的に形成することも可能である。
The conductive film CF, the first conductive film CF1, and the second conductive film CF2 are partially formed corresponding to the adjacent active layer AA. However, the present invention is not limited to this. For example, FIG. It is also possible to form them integrally as indicated by
また、図14、15において、第3の金属配線層M3に、セレクト線SGD,SGS、Wellを形成し、図17において、第2の金属配線層M2に、セレクト線SGD,SGS、Wellを形成している。しかし、図14、15の第3の金属配線層M3、及び図17の第2の金属配線層M2に破線で示すように、セレクト線SGD,SGS、Wellに加えてソース線SRCを形成し、このソース線SRCとサブソース線SRCe,SRCoを図示せぬヴィアにより接続することも可能である。 14 and 15, select lines SGD, SGS, and Well are formed in the third metal wiring layer M3. In FIG. 17, select lines SGD, SGS, and Well are formed in the second metal wiring layer M2. is doing. However, as indicated by broken lines in the third metal wiring layer M3 in FIGS. 14 and 15 and the second metal wiring layer M2 in FIG. 17, the source line SRC is formed in addition to the select lines SGD, SGS, and Well, It is also possible to connect the source line SRC and the sub-source lines SRCe and SRCo by vias (not shown).
さらに、上記第1乃至第4の実施形態は、4値を記憶する半導体記憶装置を例に説明した。しかし、これに限定されるものではなく、8値、16値、n値(nは自然数)を記憶する半導体記憶装置に適用することも可能である。 Further, the first to fourth embodiments have been described by taking the semiconductor memory device storing four values as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a semiconductor memory device that stores 8-value, 16-value, and n-value (n is a natural number).
その他、本発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…メモリセルアレイ、WL0〜WL31…ワード線、BL0e〜BL8ko…ビット線、SRC0e〜SRC8ko…サブソース線、SRC…メインソース線、S1、S2…選択ゲート、7−1…定電圧発生回路、M1、M2、M3…第1乃至第3の金属配線層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数のビット線のそれぞれに沿って配置され、前記複数のメモリセルのそれぞれのソースに接続される複数のソース線と
を具備し、
複数の前記ビット線は、奇数番目のビット線である第1ビット線及び、偶数番目のビット線である第2のビット線を含み、複数の前記ソース線は第1、第2のソース線を含み、前記第1のソース線は前記第1のビット線に沿って配置され、前記第2のソース線は前記第2のビット線に沿って配置され、前記第1のソース線及び前記第1のビット線と前記第2のソース線及び前記第2のビット線は、異なる層に形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A memory cell array in which a plurality of word lines, a plurality of bit lines, and a plurality of memory cells connected to the plurality of word lines and the plurality of bit lines are arranged;
A plurality of source lines disposed along each of the plurality of bit lines and connected to the respective sources of the plurality of memory cells ;
The plurality of bit lines include a first bit line that is an odd-numbered bit line and a second bit line that is an even-numbered bit line, and the plurality of source lines include first and second source lines. The first source line is disposed along the first bit line; the second source line is disposed along the second bit line; and the first source line and the first source line The bit line, the second source line, and the second bit line are formed in different layers .
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